Аппарат Гольджи и внутриклеточный транспорт

Аппарат Гольджи представляет собой стопку уплощенных мембранных цистерн, расположенных в центре секреторного пути, которые получают вновь синтезированные белки и липиды из эндоплазматического ретикулума, модифицируют их и сортируют по местам назначения. Вместе с везикулярными и тубулярными переносчиками, перемещающими материал между компартментами, он организует направленный транспорт, который формирует и поддерживает клеточную поверхность, эндомембранные органеллы и секретируемый протеом.

Definition

Аппарат Гольджи — это поляризованная стопка мембранных цистерн, которая обрабатывает, модифицирует и сортирует белки и липиды, поступающие из эндоплазматического ретикулума, и отправляет их с помощью везикулярных переносчиков к клеточной поверхности, лизосомам или обратно по секреторному пути.

Scope

Статья охватывает поляризованную цис-транс организацию стопки Гольджи, гликозилирование и другие посттрансляционные модификации, сортировку в транс-сети Гольджи, а также механизм везикулярного транспорта — белки оболочки, SNARE-белки и Rab-ГТФазы — которые переносят груз между органеллами. Это справочная тема по клеточной биологии и гистологии, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как поляризована стопка Гольджи и как груз перемещается от ее цис- к транс-стороне?
• Как образуются транспортные везикулы, как они направляются и сливаются с правильным компартментом?
• Как белки гликозилируются и иным образом модифицируются при прохождении через аппарат Гольджи?
• Как транс-сеть Гольджи сортирует груз по различным пунктам назначения?

Key concepts

• Цис-, медиальные и транс-цистерны
• Транс-сеть Гольджи и сортировка груза
• Гликозилирование и посттрансляционная модификация
• Белки оболочки (COPI, COPII, клатрин)
• SNARE-опосредованное слияние везикул
• Rab-ГТФазы и идентичность мембран
• Антероградный и ретроградный транспорт

Key theories

Созревание цистерн против везикулярного транспорта

Две модели объясняют продвижение груза через аппарат Гольджи: стабильные цистерны, обменивающиеся грузом посредством везикул, против цистерн, которые сами созревают от цис- к транс-стороне, в то время как резидентные ферменты рециркулируют назад; данные подтверждают существенный компонент созревания.

Mechanisms

Груз, покидающий эндоплазматический ретикулум, захватывается в везикулы, покрытые COPII, и доставляется к цис-стороне Гольджи; по мере продвижения к транс-стороне он гликозилируется и иным образом модифицируется компартмент-специфическими ферментами. Направленный транспорт между компартментами осуществляется белками оболочки, которые отбирают груз и образуют везикулы, Rab-ГТФазами, которые маркируют каждую мембрану и рекрутируют связывающие факторы, а также SNARE-белками на противоположных мембранах, которые связываются для обеспечения слияния. Ретроградный COPI-транспорт возвращает сбежавшие резидентные белки и рециркулирует компоненты. В транс-сети Гольджи груз сортируется в различные переносчики, направляющиеся к плазматической мембране, эндолизосомальной системе или секреторным гранулам, в то время как эндоцитарные пути рециркуляции возвращают мембрану и рецепторы на поверхность.

Clinical relevance

Дефекты гликозилирования в аппарате Гольджи и в механизмах транспорта лежат в основе врожденных нарушений гликозилирования и других клеточно-биологических заболеваний, а многие патогены и токсины используют секреторные и ретроградные пути. Эта статья описывает нормальные механизмы транспорта и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

History

Органелла была идентифицирована Камилло Гольджи в 1898 году с использованием метода окрашивания серебром и долгое время обсуждалась, пока электронная микроскопия не подтвердила ее существование. Паладе и Фаркуар определили ее место в секреторном пути, а молекулярный механизм образования и слияния везикул был установлен благодаря генетическим и биохимическим работам Шекмана и Ротмана, отмеченным Нобелевской премией по физиологии или медицине 2013 года.

Debates

Как груз перемещается через стопку Гольджи?

Являются ли цистерны стабильными компартментами, обменивающимися грузом посредством везикулярного транспорта, или же они сами созревают от цис- к транс-стороне, остается определяющим вопросом; текущие данные подтверждают важную роль созревания цистерн с ретроградной рециркуляцией резидентных ферментов.

Key figures

• Camillo Golgi
• George Palade
• James Rothman
• Randy Schekman
• Marilyn Farquhar

Seminal works

• rothman1994
• emr2009

Frequently asked questions

Что делает аппарат Гольджи?

Он получает белки и липиды из эндоплазматического ретикулума, химически модифицирует их — в частности, путем гликозилирования — и сортирует их на своей транс-стороне в переносчики, направляющиеся к клеточной поверхности, лизосомам или секреторным гранулам.

Как транспортные везикулы узнают, куда им идти?

Белки оболочки отбирают груз и образуют везикулу, Rab-ГТФазы придают каждой мембране молекулярную идентичность и рекрутируют связывающие факторы, а соответствующие SNARE-белки на двух мембранах связываются, чтобы обеспечить специфическое слияние с правильным целевым компартментом.